Группа промышленных химикатов, известная под сокращенным термином «PFAS», проникла в самые отдаленные уголки нашей планеты с тем значением, которое ученые только начинают понимать.
PFAS - пер- и полифторалкильные вещества - это искусственные соединения фтора, которые дали нам антипригарные покрытия, полироли, воски, чистящие средства и пены для пожаротушения, используемые в аэропортах и военных базах. Они используются в потребительских товарах, таких как ковры, краска для стен, пакеты для попкорна и водоотталкивающая обувь, а также необходимы в аэрокосмической, автомобильной, телекоммуникационной отраслях, системах хранения данных, электронной промышленности и здравоохранении.
Химическая связь углерод-фтор, одна из самых прочных в природе, является причиной невероятного успеха этих химических веществ, а также огромных экологических проблем, которые они вызывают с 1940-х годов. Остатки PFAS были обнаружены в некоторых из самых чистых источников воды и в тканях белых медведей. Наука и промышленность призваны очистить эти стойкие химические вещества, некоторые из которых в определенных количествах связаны с неблагоприятными последствиями для здоровья людей и животных.
Среди тех, кто решает эту чрезвычайно сложную проблему, есть инженеры Инженерного колледжа имени Вальтера Скотта-младшего в Университете штата Колорадо. CSU является одним из немногих учреждений, обладающих опытом и сложными приборами для изучения PFAS, выявляя их присутствие в невообразимо следовых количествах.
Теперь инженеры CSU во главе с Йенсом Блотевогелем, доцентом-исследователем Департамента гражданского и экологического строительства, опубликовали новую серию экспериментов, посвященных конкретному соединению PFAS, называемому димерной кислотой оксида гексафторпропилена, более известному под своим торговым названием., поколение X. Химические и другие процессы полимеризации, в которых используются аналогичные химические вещества, используются уже около десяти лет. Они были разработаны в качестве замены устаревшим химическим веществам PFAS, известным как соединения «C8», которые были и остаются особенно стойкими в воде и почве и очень трудно поддающимися очистке (отсюда и их прозвище «вечные химические вещества»).
GenX стал нарицательным в районе бассейна Кейп-Фир в Северной Каролине, где несколько лет назад он был обнаружен в местной питьевой воде. Ответственная компания Chemours взяла на себя обязательство к 2030 году сократить фторированные органические химические вещества в местных выбросах в атмосферу на 99,99%, а выбросы в атмосферу и воду в результате своих глобальных операций не менее чем на 99%. В течение последних нескольких лет Chemours также финансирует команду Блотевогеля в CSU, поскольку они тестируют инновационные методы, которые помогут защитить окружающую среду, а также помогут компании выполнить старые обязательства по очистке.
В своей статье в области науки и техники об окружающей среде Блотевогель объединился с Тиженгом Тонгом, доцентом в области гражданского и экологического строительства, чтобы продемонстрировать эффективную «технологию очистки», которая сочетает в себе несколько технологий для точного выделения и уничтожения остатков GenX в воде.
Одной из нынешних практик обработки воды, загрязненной GenX, является высокотемпературное сжигание - процесс, который, по словам исследователей, является «чрезвычайно дорогим» и очень расточительным для восстановления воды и энергии. «Это работает, - сказал Блотевогель, - но ненадежно».
Исследователи предлагают лучшее решение. Тонг, ведущий эксперт в области методов мембранной фильтрации и опреснения для защиты от опасностей для окружающей среды, использовал нанофильтрационную мембрану с соответствующими размерами пор для фильтрации 99.5% растворенных соединений GenX. Исследователи показали, что после создания такого концентрированного потока отходов электрохимическое окисление, которое Блотевогель считает одной из наиболее жизнеспособных технологий деструктивной очистки от PFAS, может разлагать отходы на безвредные продукты.
В настоящее время компании также могут использовать несколько мер для удаления PFAS из воды до приемлемого уровня: адсорбция активированным углем, ионный обмен и обратный осмос. По словам Блотевогель, хотя все три технологии могут быть очень эффективными, они не приводят к непосредственному разрушению соединений ПФАС.
Исследователи CSU используют альтернативное решение для электрохимической обработки с использованием электродов для химического превращения PFAS в более безопасные соединения. Лаборатория Блотевогеля продемонстрировала несколько успешных пилотных попыток обеззараживания и работает над дальнейшей оптимизацией своих методологий. В сочетании с системой нанофильтрации Tong поток отходов будет направляться и концентрироваться, экономя деньги компаний и снижая углеродный след всего процесса.
Исследователи надеются продолжить совместную работу по совершенствованию своего процесса, например, путем тестирования различных типов фильтрационных мембран для определения наиболее оптимальных материалов и конструкции.